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Haenssler Group将Kimya ABS-ESD 线材与 Ultimaker 开放式线材系统结合使用

Haenssler Group将Kimya ABS-ESD 线材与 Ultimaker 开放式线材系统结合使用

2020 年夏天,德国公司 Haenssler Group 开始使用优质塑料和弹性体开发和生产独特的密封解决方案和复杂零件,并开始为其一位客户设计和生产零件。该客户正在寻找一种具有抗静电特性的密封剂,可以在机器的两个组件之间提供热保护。

这部分必须由两个独立的组件组成,在机器的生命周期中可以很容易地拆卸和重新组装。进一步增加了挑战,客户需要将300个此类零件集成到现有生产线中。每年进行两次生产,每批150件小批量生产,同时遵守精确的交货时间表。

考虑到这一点,并且由于其线材与 Haenssler Group 的Ultimaker S5 3D 打印机兼容,Haenssler Group与 3D 打印材料制造商 Kimya 合作。



从3D打印机中取出零件



使用Kimya ABS-ESD进行3D打印

与Kimya ABS-ESD 灯丝一起前进 

Kimya ABS-ESD 灯丝是一种工程级材料,经证明可以满足必要的要求,同时可在 Ultimaker S5 等桌面打印机上加工。 

长丝所基于的 ABS 基体结合典型的纯 ABS 拉伸模量和强度值(见表 1),确保了足够的抗冲击性(夏比,10.9 KJ/m²)和耐热性(高达90°C)。 

Kimya ABS-ESD 的专有填料和复合技术使 ESD 性能在复合后的 11 个月内稳定在 10^6 ohm/sp 标称值左右。此外,为确保每批生产在 106-109 ohm/m² 范围内保持相同的 ESD 性能,在每批商业化之前评估表面电阻率(3D 打印样品的 ASTM 527 标准)。 

有趣的是,还已知灯丝直径对 ESD 行为再现性有显着影响。Kimya ABS-ESD 的细丝直径具有 2.84 mm ± 0.0062 mm(99.999936% 置信区间)的窄分布,可在熔体凝固之前实现完美的挤出体积和高度层堆叠。 

因此,在加工ESD 材料时,对灯丝直径的控制更为重要,因为不规则的表面拓扑结构和欠挤压效应会严重影响 3D 打印部件表面的高效且均匀的电荷传输。

Kimya ABS-ESD 印刷样品的电气和机械性能如下表所示。





测试方法


标准


价值观




表面电阻率


ASTM D257


107 - 109 欧姆/平方米




拉伸模量


ISO 527-2/5A/50


1,121兆帕




抗拉强度


ISO 527-2/5A/50


24.3兆帕




屈服拉伸应变


ISO 527-2/5A/50


3.1%




断裂拉伸应力


ISO 527-2/5A/50


19.8兆帕




断裂拉伸应变


ISO 527


6.4%




夏比抗冲击性


ISO 179-1/1eA


10.9千焦/平方米




邵氏硬度


ISO 868


66.7D







A) 灯丝 X 方向的工艺能力



B) 灯丝 Y 方向的工艺能力。计算基于他的 Weibull 分布模型。

定制的打印配置文件

Haenssler 集团认为,Kimya 的 ABS-ESD 灯丝还满足两个基本标准:抗静电(ESD)以及高达90°C的耐温性。另一个好处是灯丝的重量。每个卷轴仅 2.2 公斤,Haenssler Group 能够更有效地运输和处理材料,从而为公司节省了时间和金钱。 

有了合适的材料,Haenssler Group 开始了部件的设计阶段,通过结合内部真空来优化其绝缘性能。然而,在打印时,Haenssler Group 观察到由于分层标记和流动缺陷导致的一些缺陷,在打印具有复杂几何形状的大幅面零件时有时会出现这些缺陷。Haenssler Group 通知了 Kimya,要求对问题进行分析并提出解决方案的建议,这些建议以定制印刷配置文件的形式出现。

“当我们遇到打印缺陷时,Kimya 迅速做出反应,建立了能够提供所需质量水平的打印配置文件。因此,我们能够在最后期限内生产出零件,”Haenssler Group 的3D工程师 Dirk Olbert 说。

使用该材料的打印配置文件使 Haenssler Group 能够更快地验证最终部件的属性——这是一项总体优势,使公司能够轻松适应不断变化的市场需求。它还聚焦 3D 打印——表明经济实惠且可靠的 3D 打印机提供的技术,结合高质量和硬件验证的材料,可以提高生产力并缩短产品(或服务)的上市时间。



Haenssler 隔离器部件的 3D 模型(左),以及对所有 10 个样本的模型的六个最具代表性的尺寸进行静态分析。目标尺寸以红色虚线突出显示。

扫描计划

ESD 安全性能受表面缺陷的影响很大,这将不可避免地改变电荷的耗散。这意味着除了满足视觉和完整性要求外,Haenssler Group 的零件还必须在 ESD 行为和尺寸精度方面具有可重复性。

在 Haenssler Group 每年生产的 300 个单位中,一组 10 个在多台 Ultimaker S5 3D 打印机上打印的样本被选中,通过卡尺对最具代表性的特征进行手动尺寸分析。下图显示了与目标尺寸 A、B、C、E、F 的最小变化(低于 ± 0.2 毫米)以及与尺寸 D 的目标 8 毫米的可预测变化 -0.3 毫米。总体而言,所有样品都报告了良好的精度水平和批次间的重现性,正如不同样品之间测试的所有尺寸的变化可以忽略不计所示。



通过对 Haenssler 隔离器部件的3D扫描制作的彩色图,显示了± 0.3 mm 的通过/未通过分析的尺寸精度。

为了全面评估整个打印物体的表面质量,Haenssler Group 工程师使用 GOM Atos Core 3D 扫描仪对选定数量的打印部件进行了高分辨率 3D 扫描分析。

扫描生成了一张彩色地图,显示了理想 CAD 模型与实际扫描零件之间的相对偏差。然后它为尺寸精度生成了一个通过/不通过过滤器,阈值为 0.3 mm。地图上的红色标记区域,沿圆柱区域的 Z 方向随机分布,源自亚毫米级残留物(偏差超过 0.3 毫米)。使用 P240 砂纸通过最少和简单的后处理消除了这种残留物,并充分去除了表面缺陷并消除了潜在的电荷积累点。

这使 Haenssler Group 能够创建 ABS-ESD 优化的打印配置文件,与经过适当校准的 Ultimaker S5 相结合,使零件具有可接受的公差限制,并且批次间尺寸变化很小。



测量Kimya ABS-ESD 3D打印部件

伙伴力量

正如通过形貌和尺寸分析确定的那样,Ultimaker S5 打印机上的 Kimya ABS-ESD 可加工性结合其受控的 ESD 行为,使 Haenssler Group 能够验证3D打印是一种生产中等批量隔离器组件的制造技术。Kimya、Haenssler Group 和 Ultimaker 通过其精确的3D打印机和开放式灯丝系统共同开发了针对高度特定的客户需求的定制解决方案。此外,Haenssler Group 报告称,与传统铣削相比,每件成本的材料浪费减少了60-80%。

该项目还能够在相对较短的时间内完成——使客户能够不间断地继续生产。

“我们与 Kimya 的合作非常有益,”Haenssler Group 营销经理 Adrian Heinrich 说。“Kimya 的团队展示了其可靠性和专业知识,特别是考虑到项目的高度挑战性。我们确信我们将进一步合作未来,将其3D灯丝用于其他项目。”

源文摘自:Ultimaker

UCLan:使用3D打印外骨骼医学研究屡获殊荣

UCLan:使用3D打印外骨骼医学研究屡获殊荣

在过去的几年里,中央兰开夏大学 (UCLan) 的高级讲师 Matthew Dickinson 博士参与了“初级工程师麦克罗伯特奖章”。通过该倡议,Matthew 与一名当地学生合作,使用 Ultimaker S5 进行研究,该研究在联合国 COP26 会议上得到认可。

Matthew 坚信鼓励年轻人跳出框框思考,他是该奖项的热心倡导者,该奖项旨在表彰年轻人的创新,将他们与大学联系起来,将他们的想法变为现实。当来自伯恩利的约翰瑟斯比爵士社区学院的 15 岁学生 Krystyna Marshall 带着一个帮助儿童行动的想法参加比赛时,马修知道这个想法很特别。

Krystyna 在看到她的表弟患有脊髓性肌肉萎缩症 (SMA) 后提出了她的想法。Krystyna 想想出一个主意,为她表弟的背部肌肉和脊椎提供支撑和额外的力量。Krystyna 提出了基于外骨骼概念的脊髓性肌肉萎缩 (SMA) 夹克,她的发明只是获得金牌的三项发明之一。她是来自英国各地的六人之一,通过该奖项被公认为工程创新领域领先的创造性问题解决者。



Krystyna 与外骨骼模型

挑战

将SMA夹克与人体贴合会带来多重挑战。最初的想法是用铝制造外骨骼。

然而,当考虑到儿童的生长速度以及由此产生的外骨骼必须发生的变化时,成本变得太高了。在寻找替代生产方法时,Matthew 转向了 3D 打印。通过生产低成本的 3D 打印部件,该技术提供了高水平的定制和可重复性,使外骨骼夹克成为预防伤害和康复的解决方案。



外骨骼是一种外部佩戴的辅助机械装置,用于帮助运动或防止受伤

Matthew 使用他的 Ultimaker 2+ 打印机设计了他的第一代外骨骼,并开始使用 PLA 进行原型制作。他的成果既充满希望,也为进一步发展提供了灵感,但他能够设计和打印的几何形状受到 Ultimaker 2+ 的单个挤压打印头的限制。

向前迈进:外骨骼原型

为了克服 Ultimaker 2+ 的限制,Matthew 接触了 CREATE 教育项目。

CREATE Education 是一家英国经销商,仅与教育组织合作,以支持和提供对 3D 打印和技术的访问。作为他们提供的一部分,他们向 Matthew 介绍了 3D 打印机贷款计划,这就是他能够升级到 Ultimaker S5 的方式。

Ultimaker S5 提供双重挤压,开辟了新的材料组合和可能性,有助于推动项目向前发展。

第二代原型的发展着眼于使用尼龙和 TPU 等多种材料进行 3D 打印。对于 Ultimaker S5,Matthew 开始使用 PLA 内芯对这些材料进行试验,并测试尼龙和 TPU 的外壳材料,以找出性能最佳的材料。马修发现他们可以生产出符合人的组件,但由于外部柔软,内部硬化而提供刚性。

马修目前正在研究第三代原型,并制造了更时尚的设计。他还对人体进行了第一次支撑下肢的测试,结果非常有希望。

利用 Ultimaker 的生态系统,Matthew 通过 Ultimaker 数字工厂优化了他的 3D 打印体验。为他提供远程打印、创建数字图书馆和从任何位置监控进度的能力。马修能够在他方便的时间和地点从事该项目。Cura 和数字工厂提供的分析为 Matthew 提供了材料成本和打印时间,使他能够计划外骨骼的生产并将成本降低纳入新的迭代中。

结果

通过使用 Ultimaker S5,Krystyna 改善表弟生活的想法在短短六个月内从概念和设计转变为原型制作和制造。Matthew 表示,如果没有 Ultimaker S5 与 Ultimaker Digital Factory 软件相结合的可靠性和可重复性,他将无法在如此短的时间内完成该项目。

项目完成后,Krystyna、Matthew 和他在 UCLan 的团队在 COP26 上被评为 2021 年初级工程师 MacRobert 奖章的首届获奖者。

Matthew 现在正在与 UCLan 的医学生合作,研究细菌如何从人体转移到外骨骼。该大学生物力学系的教授们也在研究这个项目,从人体工程学的角度来支持它。他们目前正在研究第三代原型,并制造了更时尚的设计。在完成了对支撑下肢的人体的第一次测试后,结果非常有希望,他们很快就会展示这种设计。



使用 3D 打印部件制作的辅助设备原型

除了 Matthew 在教育领域的工作外,他还成为美国测试与材料协会 (ASTM) 小组委员会的主席成员。他现在正在为国际外骨骼标准提供建议,以确保安全地制造外骨骼供人类使用。他对 ASTM 的参与使他能够与福特、波音、美国宇航局和英国航天局等国际组织进行交流。

通过 Matthew 和 ASTM 的共同努力,正在向英国和美国的学生介绍和教授外骨骼背后的技术。他们的目标是教育和启发学生了解外骨骼对人类的增强益处。为此,他们制作了 5 集 10 分钟的短片,采访行业专业人士,同时设计并构建您自己的外骨骼挑战。Matthew 提出了挑战,现在这使得将 3D 打印引入学校变得更加容易。

马修希望在不远的将来看到外骨骼的可及性飙升。他的预测是,每个人都将使用 3D 打印来替换家里的零件,以帮助他们减少对等待制造商零件的依赖。

源文摘自:Ultimaker

面向高等教育和研究的3D打印 | Ultimaker白皮书

面向高等教育和研究的3D打印 | Ultimaker白皮书

如今,世界错综复杂、瞬息万变,培养年轻人掌握有利于未来取得成功的技能更加重要,不过也更加具有挑战性。教育工作者面临着双重挑战。

第一点是老生常谈。学生们需要掌握正确的技能,才能在进入社会后脱颖而出。然而,工作环境变化的速度之快今非昔比。新的技术,企业的数字化转型都意味着理工科学生必须具备大量现代化技能和应用型技能。随着新趋势的出现,课程设置必须能够迅速升级,适应新变化。

如何在被新冠疫情永久改变的大环境下教育学生是另一大挑战。即使我们已经进入“后疫情时代”,新的健康与安全考虑、预算压力、远程与现场混合教学等挑战仍然存在。

 

Ultimaker根据世界各地的教育工作者与我们的3D打印技术专家的见解,并基于调研数据编写了《面向高等教育和研究的3D打印》白皮书,旨在帮助教育工作者应对不确定的因素,确保学生们可以在数字化的未来发展中取得成功。



您将了解哪些内容?

■ 高等教育中最常见的 3 种 3D 打印实验室设置

■ 3D 打印在教育中的应用以及学生的未来职业道路

■ 如何在后疫情时代中配置和管理您3D打印实验室

■ 教学和研究机构的3D打印应用现状

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